Супер эвм
Локальные Сети
Распределенные Сети
Всемирная Информационая Сеть
Майн Фрайм
Возникают разделы компьютерной графики, анимация, мультимедиа, компьютерное моделирование, инструментальные и прикладные программные системы, обучающие, игровые и тренажерные системы, возникают аппаратура и программное обеспечение параллельной и распределенной архитектуры сети.
Техническая цивилизация – это тупиковое направление развития человечества, т.к. человек не совершенствуется, а технически обогащаясь сам становиться все более немощным, следовательно для развития надо развивать самого человека, его органы чувств и его психическую направленность. Развитие понимания космоса приведет к краху технической цивилизации.
По своим задачам и функциям математическое обеспечение делиться на две части.
М
атематическое
обеспечение
Общее |
Функциональное |
Общее математическое обеспечение – это совокупность алгоритмов, программ, описаний и инструкций для автоматизации технологических этапов разработки алгоритмов и программ, а так же для контроля и организации вычислительного процесса. Это внутренне математическое обеспечение ЭВМ.
Функциональное или специальное обеспечение – это совокупность алгоритмов и программ, описаний и инструкций для решения проблемных задач по отраслям и направлениям. Это внешнее математическое обеспечение ЭВМ.
Программное обеспечение - совокупность программ регулярного применения, описаний и инструкций для бесперебойной работы.
Назначение программного обеспечения согласовать различные способы применения и работы вычислительной системы с целью увеличения её производительности, повышения адаптируемости к изменяющимся ресурсам и возможности расширения самого программного обеспечения.
По характеру использования и выполняемым функциям общее математическое обеспечение подразделяют на 3 (иногда на 2) составляющие.
О
бщее
математическое обеспечение
Испытательные программы |
Системы программирования |
Операционные системы |
Испытательные программы
Все вычислительные системы начиная с третьего поколения имеют стандартный набор команд, позволяющий работать с фиксированной и плавающей запятой, десятичной арифметикой, логическими операциями. Команды стандартного набора обслуживают запросы по обработке данных для различных областей применения. Разные модели вычислительных машин могут снабжаться не полным набором команд из стандартного набора. Основные вычислительные возможности любой системы определяются стандартной системой команд, если к этой системе добавить средства обработки десятичных данных получиться экономическая система команд, при добавлении с плавающей запятой образуется научная система команд, при добавлении средств защиты памяти образуется универсальная система команд.
Любая вычислительная система проектируется для работы с супервизором, который представляет собой комплекс программ, координирующих и выполняющих все операции ввода/вывода, осуществляет планирование прохождения задач при многопрограммных режимах работы, обработку нестандартных ситуаций и другие технические проблемы.
Из этого следует , что испытательные программы – это совокупность алгоритмов и программ для проверки исправности ЭВМ, обнаружения и локализации отказов в работе, а так же для устранения влияния отказов на работу управляющей системы.
С увеличением рынка потребления ЭВМ наиболее важным оказался момент эксплуатационной надежности ЭВМ, в этой проблеме четко выделилось 2 (два) направления:
обнаружение факта отказа и вытекающий отсюда вопрос о достоверности отказа;
локализация места неисправности для последующего восстановления работоспособности системы.
Отсюда важнейшим в комплексе действий по повышению надежности ЭВМ явилось проектирование рациональных методов и систем контроля. Большое число модулей контроля включается в состав программного обеспечения.
Испытательные программы проверки работоспособности, наладки и технической эксплуатации принято подразделять на 2 (два) класса.
И спытательные программы
Контрольные задачи |
Тесты |
Контрольные задачи предназначены для комплексной проверки работоспособности вычислительных устройств.
Тесты обычно выполняются по отдельным устройствам или частям ЭВМ и призваны определять их работоспособность.
Т есты
Контрольные |
Диагностики |
Правильность работы вычислительной установки проверяется контрольными тестами, они же устанавливают наличие неисправностей.
Диагностические тесты локализовывают отказавший элемент и по возможности устраняют неисправность. Диагностические тесты применяются только в случае наличия неисправностей. Эти компоненты программного обеспечения являются машинно-ориентированными и разрабатываются обычно вместе с самой системой.
Системы программирования
В общем виде любая система программирования – это совокупность алгоритмов и программ, предназначенных для освобождения пользователя от необходимости написания задачи на языке ЭВМ. Для этой цели обычно вводится язык более высокого уровня, чем машинный. Элементарная система программирования должна иметь по крайней мере 2 (две) компоненты:
Специальный язык описания задач (входной язык системы программирования)
Программа, обеспечивающая перевод с этого языка на машинный (транслятор)
В соответствии со структурой, уровнем формализации входного языка и целевым назначением была принята следующая классификация языков программирования:
Машинные
Процедурные
Проблемные
Вспомогательные
Машинные системы программирования базируются на системах символического кодирования.
Процедурные – на алгоритмических языках.
Проблемные создаются для качественного решения той или иной проблемы.
Вспомогательные – предназначены для автоматического выполнения вспомогательных функций, обслуживания памяти, модификации программ, для некоторых элементов графики. Одним из важных свойств вспомогательных систем являются средства отладки.
Типы средств отладки.
а) 1) локализация ошибки
2) определение (идентификация ошибки) и ее ликвидация
б) отладка в рабочем режиме
Особый раздел представляют собой средства компьютерной графики. Компьютерная графика в настоящий момент может представляться следующими видами.
К омпьютерная графика
|
Инженерная |
Деловая |
|
|
|
Прикладная и дизайнерская |
Научная |
Техническая и конструкторская |
Операционные системы
Операционные системы представляют собой комплекс программ управляющих ресурсами ЭВМ, всем ходом работы, идентифицирует программы и данные и осуществляет связь между ЭВМ и человеком. Чем больше сложность вычислительной системы тем сложнее ОС.
Лекция 5глава3 2.10.00
Определение 1. Операционная система (ОС) – часть математического обеспечения, предназначенная для управления ресурсами и оптимизации времени прохождения заданий через вычислительную среду.
Вычислительная среда = ЭВМ +ОС
С другой стороны ОС можно определить, как:
Определение 2. Операционная система (ОС) - совокупность программ, представляющих собой интерфейс между аппаратурой (ЭВМ) и пользователем.
Причины возникновения ОС:
Вследствие эксплуатации вычислительных машин первых поколений из практической необходимости. Опыт эксплуатации ЭВМ в определенных сферах применения показал существование единообразия действий и выявил общую схему для прохождения заданий и получения результата.
Возникает формализация языка управления.
Совмещение работы внешних устройств с работой процессора. Появление мультипрограммных режимов работы.
Возникновение системы прерываний.
Развитие ОС
Развитие ОС
Пакетный режим |
Режим реального времени |
Режим коллективного пользования |
|
|
|
Задачи: Уменьшение времени обработки пакета программ за счет сокращения потерь времени на смену решаемых задач |
Задачи: Сокращение времени реакции системы на запрос пользователя |
|
Основная задача при разработке ОС – это повышение пропускной способности вычислительных систем. В ней могут быть выделены следующие подзадачи:
Гибкая организация прохождения потока задач через вычислительную среду
Простое стандартное оформление заданий
Равномерная загрузка оборудования
Основной принцип проектирования любой ОС – модульный.
Процесс создания ОС, учитывающий характеристики ЭВМ называется генерацией.
Перечень постоянно используемых программ резидентно хранящихся в памяти ЭВМ принято называть ядром ОС. Существуют ОС в которых ядро реализует практически все функции
Средства генерации – это совокупность программ и правил, необходимых для выполнения генерации. ОС можно определить как комплекс программ выполняющий служебные функции для организации мультипрограммной работы.
Функционально ОС состоит из управляющих и обрабатывающих программ
ОС
Управляющие программы |
Обрабатывающие программы |
|
|
Назначение: Организовать обработку входных заданий, данных и задач |
К ним относятся:
|
Типы ОС
|
Системы разделения времени |
Системы общего назначения |
|
|
|
|
|
Информационные подсистемы |
Вычислительные подсистемы |
||
С
остав
ОС
|
Системно-обрабатывающие программы |
|
|
Управление статическими ресурсами (управление
заданиями)
Управление динамическими системами
(управление задачами)
Управление данными
Управление восстановлением системы
|
ассемблеры |
трансляторы |
|
редакторы связей |
|
загрузчики |
|
программы обслуживания |
|
…. |
Группы определений ОС
Ресурсная |
Интерфейсная |
Функциональная |
Режимы использования |
Ресурсная группа определений
Основной критерий распределение и планирование ресурсов
Р
есурсы
Время работы устройств |
Пространство памяти |
Функции отдельных устройств |
|
Файлы данных |
Программы и программные комплексы |
||
Лекция 6 9.10.00
Функциональная группа определений
Ф
ункции
ОС
Распределение ресурсов |
Разработка программ |
Выполнение программ |
Функции управления: |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Организация мультипрограммных режимов |
Отладка программ |
|||
|
|
|||
Повышение надежности функционирования вычислительной системы |
Повышение эффективности функционирования вычислительной системы |
|||
Р
ежимы
работы ОС
Пакетные |
Диалоговые |
Режим разделения времени |
Режим реального времени |
К
атегории
пользователей ОС
|
Операторы |
Инженеры |
Административные работники |
Системные Проблемные |
|||
Все категории пользователей ОС заняты обеспечением режимов использования вычислительных систем
Интерфейсная группа определений ОС
Интерфейс – посредник между вычислительной установкой и пользователем, представляющий собой логическое расширение функций аппаратуры в сторону человека.
ОС – это наиболее машинно-зависимый элемент, разрабатываемый одновременно с разработкой вычислительной установки. Все верхние уровни ОС наращиваются на нижний машинно-зависимый уровень и в зависимости от наращиваемых слоев уходит от базы в сторону непрофессионала максимально возможным образом.
С точки зрения интерфейсной группы существуют следующие логические уровни общения:
Проблемные Системные
Программисты программисты
Основным действием пользователя во взаимодействии с вычислительной системой является получение конкретного результата по решаемой задаче. Задание имеет определенную последовательность взаимосвязанных обрабатывающих программ, которая охватывает всю решаемую прикладную задачу. Обычно выполнение одной обрабатывающей программы называется задачей. Выполнение задания состоит из нескольких этапов, как то: компиляция, ассемблирование, редактирование связей, выполнение модуля, оформление результатов, вывод результатов на ВЗУ (или периферию).
Обязательным компонентом любой ОС является управляющая программа
Основные функции управляющей программы:
Планирование
Прохождение непрерывного потока заданий
Управление распределением ресурсов
Реализация методов организации информации
Управление операциями ввода/вывода
Организация мультипрограммной работы (там где есть)
Организация мультизадачности
Управление работоспособностью системы при сбоях
Вывод системы из аварийных ситуаций
В любой ОС весь комплекс управляющих программ можно разделить на 4 абсолютно неравные части:
Управление заданиями (как входная часть)
Управление задачами (как внутренняя часть)
Управление информацией
Управление работоспособностью и восстановлением
Горизонтальная и вертикальная структуры ОС
Иерархическая организация ОС соответствует понятию горизонтальной структуры, т.к. создание конкретной ОС заключается в разработке ряда следующих друг за другом уровней из которых самый нижний натягивается на аппаратуру, а каждый следующий включает свои специфические функции и располагается над предыдущим
Для выполнения межуровневых переходов обычно существует формальный аппаратно-поддерживаемый механизм, кроме того каждая ОС имеет еще и вертикальную структуру. Какие именно подсистемы будут иметь горизонтальную структуру, а какие вертикальную задаются при разработке и проектировании ОС.
Например,
Основные принципы проектирования ОС
Все ОС различаются по назначению, выполняемым функциям и формам реализации. Но при все уникальности в каждой ОС могут быть выделены тождественные, в смысле использования, некоторые основные принципы, которые обязательно закладываются в разработку ОС как основа. Таких принципов на данный момент 10.
Частотный принцип
Принцип модульности
Принцип функциональной избирательности
Принцип генерируемости
Принцип функциональной избыточности
Принцип по умолчанию
Принцип перемещаемости
Принцип защиты
Принцип независимости от внешних устройств
Принцип открытой и наращиваемой ОС
Лекция 7 16.10.00
Частотный принцип
Этот принцип основан на выделении в алгоритмах, программах и обрабатываемых массивах действий и данных по частоте использования. Для часто реализуемых действий обеспечиваются все максимально возможные условия для их быстрого выполнения. Для программ – это прежде всего – постоянное нахождение в ОЗУ, которое активно поддерживается специальными средствами. Для данных – это наиболее быстрый доступ.
Частые операции при проектировке стараются делать более короткими, как следствие этого принципа – применение многоуровневого планирования при организации работы ОС. На уровень долговременного планирования выносятся редкие и “длинные” операции управления работы системы. Например, трансляция программ, редактирование, компиляция. На уровень краткосрочного планирования выносятся часто используемые, короткие операции или отдельные части алгоритмов и программ, работающих компактно.
Принцип модульности
Он в одинаковой степени отражает как технические, так и эксплуатационные свойства. Максимальная эффективность достигается, если этот принцип распространяется одновременно на ОС, прикладные программы и аппаратуру. Под модулем в общем случае понимают функциональный элемент системы имеющий оформленное, законченное и выполненное в пределах требований системы задание, а также средства сопряжения с подобными элементами и элементами более высокого уровня данной или другой системы. Модуль предполагает легкий способ его замены на другой при наличии заданных интерфейсов. Способы выделения составных частей ОС в отдельные модули могут существенно различаться.
Обычно разделение происходит по функциональному признаку. Разделение системы на модули может определяться также и методами проектирования ОС. Например, функционально различные части ОС минимально представляются отдельно транслируемыми программными единицами. Эти модули связываются в систему обобщенного модуля, который реализует некоторый функциональный уровень в разрабатываемой ОС. Этот уровень для следующего уровня является базовым. На следующий уровень выносятся новые модули и объединяются в новый обобщенный модуль. Этот обобщенный модуль функционально более полный, чем нижний, т.к. кроме своих функций он имеет доступ к функциям предыдущего уровня. Такое иерархическое упорядочение модулей сильно упрощает разработку и эксплуатацию ОС, уменьшая число ошибок. Такой метод называется восходящим.
Принцип функциональной избирательности
Все функции ОС представленные программно подразделяются на:
часто и обязательно используемые
и используемые по необходимости
Основной состав функций используемых в обязательном порядке составляют ядро системы и всегда располагаются в ОЗУ, все остальные программы ОС называются транзитными и находятся за пределами ОЗУ. Их вызывает ОС или пользователь по мере надобности. Программы ядра системы называются резидентными.
Принцип генерируемости
Определяет способ настройки системной программы с учетом конкретной конфигурации конкретной ЭВМ и круга решаемых на ней задач. Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы называемой генератором и входящего языка для этой программы, который описывает программные возможности системы и конфигурацию машины. После генерации получается полная версия ОС, она представляет собой совокупность системных файлов, которые размещаются на ВЗУ и называются дистрибутивами.
Принцип функциональной избыточности
Реализует возможность осуществить одну и ту же работу различными средствами. Обычно для выполнения некоторых функций в системе пишется несколько модулей, подчиненных разным критериям. Это может привести к столь сильному расширению ОС, что объем памяти занимаемый ядром и транзитами оказывается столь велик что пользовательские программы большего объема не размещаются в памяти. Эти неудобства заставляют прибегать к ухищрениям, усложняющим задачу или искать менее разветвленную ОС.
Принцип по умолчанию
Этот принцип основан на хранении в системе некоторых базовых описаний структур, процессов, модулей, конфигураций оборудования и данных, определяющих требуемую оперативную память, время счета и некоторые другие условия выполнения пользовательских программ. Эта информация используется системой как заданная, если нет конкретизации ее изменения от пользователя.
Значения умалчиваемых параметров устанавливаются либо разработчиком либо системным программистом либо при первичной генерации. Применяется для облегчения организации связей с системой как во время генерации ОС, так и в процессе работы.
Принцип перемещаемости
Основной смысл заключается в том, что строятся модули, выполнение которых не зависит от месторасположения их в ОЗУ. Настройка текста модуля в соответствии с его расположением в ОЗУ может осуществляться специальными механизмами, либо непосредственно перед исполнением программы либо по мере ее исполнения. Настройка заключается в определении физических адресов, используемых в конкретной ЭВМ способом адресации, а также с учетом алгоритма распределения ОЗУ принятом ОС.
Принцип защиты
Основой является защита программ и данных пользователей от искажений или нежелательных влияний друг на друга специальными механизмами, разрабатываемыми при проектировке. Здесь же учитываются и возможные влияния программ пользователей на саму ОС и наоборот. Программы должны быть гарантированно защищены как при своем выполнении так и при хранении. Особенно трудно обеспечить защиту в режиме распределения ресурсов. В той или иной мере принцип защиты реализуется в любой мультипрограммной ОС. Существуют весьма разнообразные способы защиты долговременного хранения данных файлов. Одним из самых традиционных способов защиты является система паролей.
Принцип независимости от Внешних Устройств
Возник в процессе эксплуатации вычислительных систем при необходимости добавления, модификации или устранения устаревших и подключения новых ВУ. Основным методом осуществления этого принципа является метод логических устройств. Этот метод имеет свой целью отторжение пользователя от конкретной конфигурации физических устройств внешнего уровня. Сущность этого метода в том, что пользователь имеет дело с логическими понятиями, не ориентируется на конкретные физические устройства. В ОС входят соответствующие компоненты которые определяют соответствие между физическими и логическими компонентами.
Лекция 8глава4 23.10.00
В основе метода логических устройств лежит система символических имен.
Символическое имя, принятое для обозначения логических устройств в стандарте принято 6 (шести) знаковым SYSxxx, где первые 3 знака обозначают принадлежность к системе, а ххх могут быть буквы или числа от 000 до максимально возможного количества логических устройств, обслуживаемых системой. Количество логических устройств, обслуживаемых системой может не совпадать с количеством логических устройств подключенных к системе.
Устройства с зарезервированными именами называются системными. К ним обычно относятся:
SYSRES резиденция системы (записывающее устройство на диске или область, где располагается сама система)
S
YSRDR системный
вводSYSIPT системный ввод
SYSLIST системная печать
SYSPCH системный вывод
SYSLOG устройство связи с пользователем
SYS000 – SYSnnn логические устройства программиста
SYSLINK редактор связи
Система работающая с логическими устройствами обычно имеет три типа назначения, соответствия логическим устройствам:
стандартное
постоянное
временное
Стандартным называется назначение, которое осуществляется во время генерации системы. Оно характеризуется тем, что принятое соответствие логических и физических устройств вступает в силу с момента первоначальной загрузки и сохраняется на все время работы системы. Назначение которое выполняется во время работы основной конфигурации персоналом с помощью директив назначения может быть постоянным или временным.
Постоянное назначение отменяет стандартное и во все время работы системы действует как стандартное. В каждый момент времени стандартное и постоянное назначения равнозначны. Они введены для того, чтобы отличить назначения установленные во время генерации конкретной системы от назначения произведенного в процессе работы с этой системой. Постоянное назначение может быть отменено либо новым постоянным назначением либо директивой начальной загрузки.
Временное назначение сохраняется только в пределах одного задания. После окончания задания временное назначение отменяется и в силу вступают постоянное или стандартное назначения. Постоянное назначение сохраняется от задания к заданию, в то время как после работы программы все временные значения отменяются и в силу вступают постоянные или стандартные назначения.
Во время работы системы четко следует помнить, что должно выполняться два основных правила:
одно и тоже физическое устройство одновременно не должно назначаться разным разделам памяти (SYSRES и SYSLOG исключение)
для системного логического устройства должно назначаться физическое устройства из числа допустимых типов физических устройств.
Принцип открытой и наращиваемой ОС
Принцип открытой и наращиваемой ОС имеет своей целью не изменяя саму ОС добавлять в нее директивы как с ориентацией на новые мощности так и на новые задачи. Этот принцип в совершенстве реализуется при создания ОС для ПЭВМ.
Основные определения и составные части ОС
Все операционные системы представляют собой комплексы управляющих программ. Эти комплексы условно могут быть подразделены на три главные части в соответствии с функциями предписываемыми программам этих частей.
Управление заданиями
Управление задачами
Управление данными
Каждая их этих частей может быть в большей или меньшей степени модифицироваться при переходе от одного типа ОС к другому. Основная задача ОС выполняется средствами, специально созданными для выполнения этой задачи, которые в свою очередь состоят из трех разделов.
Основная задача ОС
Средства выполнения основной задачи ОС
Централизованное распределение ресурсов |
Выполнение служебных функций в экономическом режиме |
Планирование прохождения процессов с максимальной реакцией ответа |
Классификация ОС
Классификация ОС представляет достаточно сложную задачу поскольку ОС является не формальным объектом , то существует ряд трудностей теоретического и практического характера затрагивающих эту задачу. Основная причина заключается в том, что происходит крайне быстрое изменение самой области обрабатываемой информации. Динамика технических средств и повышение требований, предъявляемых пользователями к организации вычислительного процесса приводит к постоянному созданию новых или к коренной модификации старых систем.
Существует много способов классификации ОС. В первом приближении все ОС можно разделить на две категории:
Системы предназначенные для обслуживания минимашин
Системы предназначенные для работы на майнфреймах
Количество, разноообразие и быстрота функционирования средств вычислительного комплекса определяет разумные уровни управления, способы и режимы использования имеющихся средств. При разработке ОС исходят их того, что выделение даже существенной части ресурсов на нужды управления оправдывается ростом общей эффективности работы оборудования. При хорошем управлении интенсивность использования ресурсов заметно повышается. Для больших вычислительных установок ОС отличаются высокой степенью независимости устройств, разнообразием стратегий распределения ресурсов, динамическим управлением и множеством различных интерфейсов. Самым общим методом функционирования ОС является мультипрограммирование. ОС с мультипрограммированием – это система, которая обеспечивает одновременное нахождение в ОЗУ нескольких программ пользователей, разделяя процессорное время, пространство памяти между активными системными и пользовательскими задачами.
В общем случае ОС могут быть классифицированы на:
системы общего назначения,
системы реального времени и
системы разделения времени.
Эта классификация учитывает !только способы доступа к системе. Она позволяет упорядочить изложение основных харакеристик ОС. К этим трем типам ОС можно добавить четверый, в настоящее время редко применяемый – это:
системы пакетной обработки.
Класификация этого типа систем хорошо разработана и унифицирована, однако в настоящее время почти не востребована.
Системы общего назначения. Универсальный тип. Предполагается для всех типов ЭВМ и для всех типов задач.
ОС разделения времени. Система обеспечивающая одновременное обслуживание многих пользователей, работающих в режиме “on line”, т.е. параллельная обработка объектов с взаимных обменом информацией по мере работы, что позволяет каждому пользователя взаимодействовать со своими вычислениями.
ОС реального времени. Система обслуживающая внешние процессы, развивающиеся на устройствах, работающих в линию с ЭВМ и имеющие жесткое ограничение на время ответа. Действиями системы управляют сигналы прерывания от внешних процессов. Если они не будут быстро обработаны, то ход внешнего процесса может исказиться. Эти системы проектируются для конкретного применения, обычно в паре с разработкой ЭВМ.
ОС могут обеспечивать одновременную обработку нескольких заданий и несколько иным способом, чем мультипрограммирование, называемое свопингом, т.е. обменной перезагрузкой. (swapping). Такая ОС в любое время обеспечивает одновременное нахождение нескольких заданий на ВЗУ и одного задания в ОЗУ. Система переключается на другое задание посредством перемещения текущего задания из ОЗУ в ВЗУ и загрузки в ОЗУ выбранных заданий из ВЗУ. Если предыдущее задание не выполнено до конца оно позденее будет возвращено в ОЗУ. Этот метод чаще всего применяется в системах разделения времени для малых ЭВМ.
К мультиобработке относятся конфигурация обработки, мультисистемная обработка – это комплекс с несколькими независимыми обрабатывающими устройствами. Неформально состояние ОС можно определить как совокупность всех процессов и ресурсов в системе. Под мультизадачным режимом обычно понимается асинхронное выполнение программ, которые в совокупности выступают в системе как одна пользовательская программа. Под мультипрограммным режимом понимается асинхронное выполнение пользовательской программы. Различие между этими режимами в том, что в первом случае за синхронизацией и выполнением следит составитель задачи, а во втором ОС.
Одним из основных критериев классификации ОС является основной метод доступа к ресурсам ЭВМ, которое обеспечивается и обслуживается ОС.
Кроме того системы могут классифицироваться по своей ориентации на обслуживание различных классов пользователей.
Третьим критерием классификации могут служить функции, на реализацию которых ориентирована ОС. В этом случае имеется определенная связь с мощностью ЭВМ.
Лекция 9 30.10.00

Иллюстративная
локальный
Системы
пакетной обработки
Управляющие
программы
Программисты